面向水面溢油監(jiān)測(cè)的無線傳感網(wǎng)部署問題研究.pdf

1、隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展與水下資源的深度開采與利用，船舶溢油污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)在不斷地加大。由于海洋面積廣大、環(huán)境復(fù)雜多變，工程人員很難對(duì)溢油事故進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。當(dāng)船舶溢油事故發(fā)生時(shí)，及時(shí)地監(jiān)測(cè)到污染情況，并迅速采取有效措施以預(yù)防溢油污染的擴(kuò)大化，將極大地減輕大面積污染的嚴(yán)重后果。相對(duì)于傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感探測(cè)和航空遙感監(jiān)測(cè)等方式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Network,WSN)具有系統(tǒng)成本低、全天候、低功耗、靈活性高、可快速部

2、署等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測(cè)研究中的重要方向，能夠?qū)崟r(shí)報(bào)告當(dāng)前水質(zhì)現(xiàn)狀、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)溢油，以便采取及時(shí)有效的處置方案，因此在未來的實(shí)際溢油監(jiān)測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文面向水面溢油監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)WSN部署組網(wǎng)的首要問題，即傳感器節(jié)點(diǎn)的部署優(yōu)化(Sensor Node Deployment and Optimization，SNDO)問題開展研究，聯(lián)合考慮目標(biāo)區(qū)域的覆蓋性能、網(wǎng)絡(luò)的連通性能以及網(wǎng)絡(luò)的能耗約束，部署建立了基

3、于WSN的水面溢油監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以期在實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域覆蓋需求的同時(shí)，通過傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)化，降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的部署成本和通信中的能量消耗。
　　我們的研究旨在為面向水面溢油監(jiān)測(cè)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署提供理論依據(jù)。首先，本文分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將研究問題描述為傳感器節(jié)點(diǎn)的部署優(yōu)化(SNDO)問題，建立了滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的最大跳數(shù)限制條件下的數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)的部署優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題(Intege

4、rLinear Programming，ILP)，以便使用線性規(guī)劃求解器Gurobi進(jìn)行求解。其次，我們基于Gurobi求解器對(duì)數(shù)學(xué)模型中一重覆蓋和二重覆蓋要求的小規(guī)模驗(yàn)證場(chǎng)景分別進(jìn)行了求解，并驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的正確性及有效性。此外，針對(duì)中大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署中Gurobi求解效率不高的問題，我們使用遺傳算法進(jìn)行求解，并對(duì)算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于變長(zhǎng)染色體的改進(jìn)型遺傳算法，該算法在運(yùn)算過程中分析最優(yōu)解的長(zhǎng)度和基因內(nèi)容